CN103939938B - 脉冲燃烧式燃气及助燃气压力前馈优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脉冲燃烧式燃气及助燃气压力前馈优化控制方法，包括步骤：步骤A：获取两路控制信号，其中：第一路控制信号是由PID调节器经多项式运算，处理成数字信号作为反馈变量源信号；第二路控制信号是将开启状态下烧嘴的燃气或助燃气累计相加后占总流量的百分比例，经温度补偿后作为前馈信号；步骤B：将第一路控制信号与第二路控制信号相加，得到前馈优化控制信号。本发明降低了燃料消耗、铸坯氧化烧损、提高了燃料利用率、铸坯加热质量及加热温度的均匀性，使大型板坯加热炉煤气单耗下降到1.06GJ/t；出炉板坯上、下表面温差≦10℃；沿铸坯长度方向上中间与两端表面温差≦20℃，铸坯加热质量稳定可靠。

Description

脉冲燃烧式燃气及助燃气压力前馈优化控制方法

技术领域

本发明涉及冶金控制工艺技术领域，尤其是大型轧钢加热炉加热铸坯燃烧控制的工艺，具体地，涉及脉冲燃烧式燃气及助燃气压力前馈优化控制方法。

背景技术

一般轧钢加热炉燃气及助燃气压力控制采用传统的比例积分微分调节器（PID调节器）进行控制，此控制方式为经典型反馈控制方式。即由压力变送器检测燃气及助燃气压力，再将压力检测值转化为电流信号，该信号被送到PID调节器中，在那里与燃气及助燃气压力设定值进行比较，并根据比较所得到的差值，PID调节器给出加热炉所需的燃气及助燃气量相当的信号，作为阀门定位器设定点，来驱动阀门执行机构控制燃气及助燃气压力，进而也就控制了燃气及助燃气管网的压力。

由于脉冲燃烧式加热炉采用的是时序脉冲燃烧方式控制烧嘴的开闭，即当烧嘴在燃烧时序布置循环中，根据各自区域热量需求值进行开闭时，燃气和助燃气总管网压力会受到干扰。而传统的纯反馈控制又有较大的滞后性，使得燃气及助燃气压力检测值波动较大，加热炉的空燃比失调，影响加热炉的燃烧效果。因此有必要引入前馈控制技术，稳定燃气及助燃气的管网压力。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种脉冲燃烧式燃气及助燃气压力前馈优化控制方法。

根据本发明提供的脉冲燃烧式燃气及助燃气压力前馈优化控制方法，包括如下步骤：

步骤A：获取两路控制信号，其中：第一路控制信号是由PID调节器经多项式运算，处理成数字信号作为反馈变量源信号；第二路控制信号是将开启状态下烧嘴的燃气或助燃气累计相加后占总流量的百分比例，经温度补偿后作为前馈信号；

步骤B：将第一路控制信号与第二路控制信号相加，得到前馈优化控制信号。

优选地，第一路控制信号包括空气输出信号，其中：

$u(k+1)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N{K}_2{A}_n{B}_n\left(i\right)}{A}i=\mathrm{0,1}$

其中u(k+i)为空气输出信号， K₂为助燃空气流量补偿系数，A_n为第n个烧嘴空气流量，A为全部烧嘴空气流量总和，B_n(i)为基函数在t＝iT_s时的值，其中，t为时间，T_s为采样周期，i为第n个烧嘴的开关状态（1为开启，0为关闭），N为全部烧嘴的数量。

优选地，第一路控制信号包括煤气输出信号，其中：

$g(k+i)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N{K}_1{G}_n{B}_n\left(i\right)}{G}i=\mathrm{0,1}$

其中g(k+i)为煤气输出信号， K₁为煤气流量补偿系数，G_n为第n个烧嘴煤气流量，G为全部烧嘴煤气流量总和，B_n(i)为基函数在t＝iT_s时的值，其中，t为时间，T_s为采样周期，i为第n个烧嘴的开关状态（1为开启，0为关闭），N为全部烧嘴的数量。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：降低了燃料消耗、铸坯氧化烧损、提高了燃料利用率、铸坯加热质量及加热温度的均匀性，使大型板坯加热炉煤气单耗下降到1.06GJ/t；出炉板坯上、下表面温差≦10℃；沿铸坯长度方向上中间与两端表面温差≦20℃，铸坯加热质量稳定可靠。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的原理示意图。

图中：

B1代表1号烧嘴；

B20代表20号烧嘴；

G1代表1号烧嘴煤气流量；

G20代表20号烧嘴煤气流量；

G代表全部烧嘴煤气流量；

A1代表1号烧嘴空气流量；

A20代表20号烧嘴空气流量；

A代表全部烧嘴空气流量。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

由于脉冲式燃烧控制是控制烧嘴的燃烧时间来实现加热炉所需热量的，在这种控制模式下，当单个烧嘴一旦工作时，烧嘴就处于满负荷状态。因此可以将开启烧嘴的流量和燃气及助燃气目标值构成燃气及助燃气前馈控制模型。该前馈优化控制信号由两路控制信号相加构成，一路控制信号是由比例积分微分调节器（PID调节器）经线性化回归处理运算后，处理成数字作为反馈变量源信号，该信号用于实现压力补偿，保证压力控制的及时性和准确性。另一路控制信号是将开启状态下烧嘴的燃气（或助燃气）累计相加后占总流量的百分比例，经温度补偿后作为前馈信号，该信号需要统计当前烧嘴开启的个数，确定当前燃气或助燃气流量，用于保证控制的精度。

1)空气模型的数学表达式为：

$u(k+1)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N{K}_2{A}_n{B}_n\left(i\right)}{A}i=\mathrm{0,1}$

其中u(k+i)为空气输出信号， K₂为助燃空气流量补偿系数，A_n为第n个烧嘴空气流量，A为全部烧嘴空气流量总和，B_n(i)为基函数在t＝iT_s时的值，其中，t为时间，T_s为采样周期，i为第n个烧嘴的开关状态（1为开启，0为关闭），N为全部烧嘴的数量。

2)煤气模型的数学表达式为：

$g(k+i)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N{K}_1{G}_n{B}_n\left(i\right)}{G}i=\mathrm{0,1}$

其中g(k+i)为煤气输出信号， K₁为煤气流量补偿系数，G_n为第n个烧嘴煤气流量，G为全部烧嘴煤气流量总和，B_n(i)为基函数在t＝iT_s时的值，其中，t为时间，T_s为采样周期，i为第n个烧嘴的开关状态（1为开启，0为关闭），N为全部烧嘴的数量。

生产实践证明，这种燃烧控制降低了燃料消耗、铸坯氧化烧损、提高了燃料利用率、铸坯加热质量及加热温度的均匀性，使大型板坯加热炉煤气单耗下降到1.06GJ/t；出炉板坯上、下表面温差≦10℃；沿铸坯长度方向上中间与两端表面温差≦20℃，铸坯加热质量稳定可靠。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (2)

1.一种脉冲燃烧式燃气及助燃气压力前馈优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A：获取两路控制信号，其中：第一路控制信号是由PID调节器经多项式运算，处理成数字信号作为反馈变量源信号；第二路控制信号是将开启状态下烧嘴的燃气或助燃气累计相加后占总流量的百分比例，经温度补偿后作为前馈信号；

步骤B：将第一路控制信号与第二路控制信号相加，得到前馈优化控制信号；

第一路控制信号包括空气输出信号，其中：

其中u(k+i)为空气输出信号，K₂为助燃空气流量补偿系数，A_n为第n个烧嘴空气流量，A为全部烧嘴空气流量总和，B_n(i)为基函数在t＝iT_s时的值，其中，t为时间，T_s为采样周期，i为第n个烧嘴的开关状态，其中，i等于1为烧嘴开启，i等于0为烧嘴关闭，N为全部烧嘴的数量。

2.根据权利要求1所述的脉冲燃烧式燃气及助燃气压力前馈优化控制方法，其特征在于，第一路控制信号包括煤气输出信号，其中：

其中g(k+i)为煤气输出信号，K₁为煤气流量补偿系数，G_n为第n个烧嘴煤气流量，G为全部烧嘴煤气流量总和，B_n(i)为基函数在t＝iT_s时的值，其中，t为时间，T_s为采样周期，i为第n个烧嘴的开关状态，其中，i等于1为烧嘴开启，i等于0为烧嘴关闭，N为全部烧嘴的数量。